Ruido 1/𝑓�: impacto sobre la detección de radiación de THz usando transistores de efecto campo.

Abstract

[ES]Los avances en la tecnología mosfet allanaron el camino para la integración de diferentes circuitos en el mismo chip, pero su uso en aplicaciones de rf, en lugar de la tecnología bipolar, también trajo más pro blemas en términos de ruido. El ruido no se puede eliminar por completo y limita la precisión de las medi ciones estableciendo un límite inferior sobre cómo se pueden detectar y procesar las señales pequeñas en un circuito electrónico. Un tipo de ruido que afecta mucho más a los transistores mos que a los bipolares es el ruido de baja fre cuencia. En los mosfet, el ruido de baja frecuencia es principalmente de dos tipos; ruido de parpadeo o ruido 1/f y ruido de señal de telégrafo aleatorio (rts). En particular, la motivación del presente tfg surge de la necesidad de caracterizar el ruido de baja frecuencia que se encuentra en la detección de señales en las bandas de thz. El ruido de parpadeo es el exceso de ruido a bajas frecuencias cuya densidad espectral de potencia (psd) varía, de manera aproximada, inversamente con la frecuencia. El ruido 1/f de los transistores mos es un gran obstáculo en los circuitos analógicos y de rf. Se convierte en ruido de fase no deseado en circuitos de osciladores controlados por voltaje (vco), lo que puede limitar las prestaciones de información de los sistemas de comunicación. La reducción de escala de las dimensiones del dispositivo no solo implica una reducción de escala de los niveles de voltaje, sino que también hizo que el ruido rts fuera cada vez más prominente. El ruido rts es causado por trampas o defectos en la interfaz de óxido de silicio o en el óxido. También se conoce que el ruido rts puede ser el origen del ruido de parpadeo en dispositivos de área grande, en concreto, la super posición del ruido rts de muchas trampas podría conducir a un espectro 1/f. En 1991, se observó por primera vez que el ruido de baja frecuencia podía reducirse ciclando un mosfet entre inversión fuerte y acumulación. Eso significa que, al apagar el dispositivo por un cierto tiempo an tes de volver a encenderlo, se reduce el ruido medido cuando está siempre encendido. Este efecto está relacionado con el hecho de que el ruido no solo depende de la polarización presente sino también del historial de polarización del dispositivo. Poco después se asoció este efecto con el vaciado de trampas que provocan ruido rts.

[EN]Advances in mosfet technology paved the way to integrate different circuits in the same chip, but its use in rf applications instead of bipolar technology, also brought more problems in terms of noise. Noise cannot be completely eliminated and limits the accuracy of measurements by setting a lower limit on how small signals can be detected and processed in an electronic circuit. One type of noise that affects mos transistors much more than bipolar ones is low-frequency noise. In mosfets, low-frequency noise has mainly two origins: flicker noise or 1 / f noise and random telegraph signal noise (rts). In particular, the motivation for this tfg arises from the need to characterize the low-frequency noise found when measuring the response of detectors in the thz bands. Flicker noise is the excess of noise at low frequencies whose power spectral density (psd) depends in versely on frequency. The 1/f noise from mos transistors is an obstacle in analog and rf circuits. It induc es unwanted phase noise in voltage-controlled oscillator (vco) circuits, thus limiting the information capacity of the communication systems. The downscaling of the devices size not only produced a downscaling of the voltage levels, but it also made the rts noise more prominent. Rts noise is caused by traps or defects in the silicon oxide interface and in the oxide. It is known that rts noise can be the source of flicker noise specially for large-area devices. The overlap of rts noise from many traps could lead to a 1/f spectrum. In 1991, it was observed that low-frequency noise could be reduced by cycling a mosfet between strong inversion and accumulation. It means that turning the device off before turning it on again reduces the noise measured. This effect is related to the fact that the noise not only depends on the present bias but also on the previously state of the polarization. Shortly thereafter, this effect was associated with the emptying of traps that cause rts noise